Force de la Terre |
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En effet, que deviendrait la Terre si elle se transformait en liquide? Sachant par expérience quotidienne que les solides perdent leur forme lorsqu'ils sont fondus, nous pourrions nous attendre à ce que la même chose se produise avec la Terre. Mais en réalité, cela n'arrivera pas. Dans les objets avec lesquels nous avons affaire dans la vie pratique, la capacité de conserver la forme est due aux forces agissant entre des atomes proches. Mais tel "En surpoids" corps, comme la Terre, la force gravitationnelle commence également à jouer un rôle essentiel, avec lequel toute la masse de la Terre attire chacune de ses particules. Cela aurait essentiellement assuré la préservation de la forme actuelle de la Terre, même si notre planète était devenue un corps liquide. Par conséquent, lors du calcul des déformations de la Terre et de l'évaluation de sa résistance dans son ensemble (et non des échantillons de roche individuels), il est nécessaire de prendre en compte à la fois les propriétés élastiques de la matière terrestre et l'effet de la gravité sur celle-ci. Les laboratoires étudient les propriétés mécaniques de roches prélevées dans la couche externe de la Terre de seulement quelques kilomètres d'épaisseur. Cette couche affecte la force de la Terre dans son ensemble un peu plus qu'une fine couche de peinture appliquée sur sa surface affecte la résistance d'une boule de métal. Les informations sur les couches les plus profondes de la Terre nous sont fournies principalement par l'étude de la propagation des ondes sismiques. Ce n'est pas sans raison que l'académicien B. B. Golitsyn a qualifié le tremblement de terre de lanterne, qui, clignotant un instant, nous permet de voir l'intérieur de la Terre. Mais, en développant cette comparaison, il faut dire que la lumière d'une telle lanterne diminue à une profondeur de 2 900 km de la surface de la Terre. Ci-dessous se trouve le noyau de la Terre, à travers lequel seules les ondes sismiques longitudinales passent. Ainsi, pour estimer la résistance de la Terre dans son ensemble, il faut considérer le problème des déformations et des contraintes d'une boule gravitationnelle, constituée d'une coque élastique non homogène et d'un noyau. La façon dont la densité et les propriétés élastiques de la coque changent avec la profondeur peut être considérée comme connue. En ce qui concerne le noyau, il faut commencer par des hypothèses. Ainsi, il est naturel de supposer que le cœur, éventuellement à l'exception de sa partie centrale, est à l'état liquide, car les ondes sismiques transversales ne le traversent pas. (Notez que l'hypothèse du noyau liquide de la Terre a été considérée avant même l'émergence de la sismologie. Mais ensuite, elle a été réfutée, car on croyait que la coquille de la Terre n'avait que quelques kilomètres ou dizaines de kilomètres d'épaisseur, et une telle coquille avec un noyau liquide, comme l'a montré W. Thomson, était serait brisé par la marée dans le noyau.)
Les forces de marée agissent constamment sur la Terre, l'étirant le long de lignes droites reliant le centre de la Terre aux centres de la Lune et du Soleil. La surface de la Terre se plie sous la charge des masses d'air dans les zones à haute pression atmosphérique. Toutes les particules de la Terre sont affectées par une force centrifuge dirigée perpendiculairement à l'axe de rotation de la Terre.Il est clair que la direction de cette force changera si la position de l'axe de rotation dans le corps terrestre change. Et le fait que cela se passe réellement a été établi à la fin du siècle dernier. Les amplitudes et directions des forces ci-dessus peuvent être calculées. Si nous prenons ensuite n'importe quel modèle de la Terre, nous pouvons théoriquement aussi trouver la déformation de la Terre lorsque ces forces lui sont appliquées, par exemple, calculer comment les distances de divers points sur la surface de la Terre à partir de son centre vont changer. Prenons par exemple la force de marée qui, comme on l'a dit, étire la Terre le long d'une ligne droite reliant son centre O au centre L du corps perturbateur: la Lune ou le Soleil. Sous son influence, la surface de la Terre, si elle était une sphère régulière de rayon R, prendrait la forme d'un ellipsoïde de révolution avec le demi-grand axe a dirigé vers L. Supposons que nous ayons réussi à calculer la différence a - R est égal à pour ce modèle, alors on peut trouver le changement de longueur le rayon du vecteur p de tout point de la surface de la terre. Ces changements sont minimes. Pour aucun des modèles de la Terre théoriquement considérés, les fluctuations maximales de longueur p sous l'influence conjointe de la Lune et du Soleil n'atteignent pas un mètre. Il est clair que ces changements ne peuvent être mesurés directement. Pourquoi avons-nous dû inventer un océan "en apesanteur"? Oui, car la marée dans l'océan réel complique quelque peu le phénomène: elle conduit à des changements dans le potentiel gravitationnel de la Terre elle-même. Les déformations élastiques de la Terre donnent un effet similaire. Le rapport du changement du potentiel gravitationnel de la Terre au potentiel extérieur, ce changement le provoquant, est désigné par le symbole k. Les paramètres h et k sont appelés nombres d'Amour, du nom du géophysicien anglais qui a introduit ces paramètres pour la première fois pour caractériser les propriétés mécaniques de la Terre dans son ensemble. Ce sont ces paramètres qui sont calculés théoriquement pour différents modèles de la Terre; ils essaient de les déterminer à partir de l'analyse d'observations de divers phénomènes. Quels sont ces phénomènes? Énumérons les plus importants d'entre eux:
C'est le cas de la Terre absolument solide. Mais si l'on tient compte du fait que la Terre se déforme sous l'influence de diverses forces, le tableau se révélera plus compliqué. Les forces de marée déforment la Terre de sorte que sa compression change quelque peu tout le temps. Cela signifie que dans notre modèle, la masse de l'anneau changera, ce qui à son tour se manifestera par de faibles fluctuations périodiques de la vitesse angulaire de la rotation de la Terre. Lorsque sa compression diminue, la vitesse augmente et la Terre commence à dépasser uniformément C'est un aspect du problème. Mais les déformations de la Terre affectent sa rotation d'une autre manière. Pour expliquer exactement comment, faisons l'expérience mentale suivante. Imaginons que la rotation de la Terre s'est arrêtée et que la force centrifuge n'agit plus sur elle. De plus, si la Terre était un corps absolument solide, sa forme resterait la même. Si la Terre était un corps liquide, elle prendrait la forme d'une boule régulière. L'excès équatorial de masses, et avec lui l'anneau dans notre modèle, disparaîtraient alors complètement. Mais sur la vraie Terre, lorsque sa rotation s'arrête, des forces élastiques internes entrent en jeu. Ils s'opposeront aux forces gravitationnelles, et grâce à cela, la Terre restera toujours un sphéroïde comprimé, bien que sa compression diminuera. Cela signifie que la masse de l'anneau de notre modèle diminuera également. Combien? C'est la question principale, de la solution dont dépend l'évaluation de la dureté de la Terre. Nous avons constaté que la période de nutation libre est la plus courte, plus l'excès équatorial de masses, c'est-à-dire la masse de l'anneau, est important. Pour une Terre absolument solide, cette période serait égale à 305 jours. En réalité, comme le montre l'analyse des données sur le mouvement des pôles de la Terre au cours des 70 dernières années, il est proche de 430 jours. Cela s'explique par le fait que la période de nutation libre ne dépend pas de tout l'excès équatorial de masses, mais seulement de cette partie qui ne disparaîtrait pas si l'action de la force centrifuge cessait. Ainsi, il est facile de calculer que l'arrêt de la rotation réduit la masse de l'anneau de notre modèle de 30%. (Plus précisément, cet anneau est divisé en deux, et l'un d'eux, contenant environ un tiers de la masse totale, est toujours placé dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation instantané, et n'affecte pas le mouvement de cet axe dans le corps de la Terre.) Le nombre ci-dessus montre à quel conditions, il y aurait un équilibre entre les forces gravitationnelles s'efforçant de transformer la Terre en boule, et les forces élastiques s'efforçant de garder sa forme inchangée. Au cours de ces travaux, certaines conclusions de la théorie de la rotation de la Terre à noyau liquide ont été affinées. Ainsi, il s'est avéré que l'influence du noyau liquide devait entraîner des changements d'amplitudes de certaines oscillations de l'axe terrestre dans l'espace (nutation forcée). Il se manifeste également par le fait qu'un mouvement circulaire plus faible avec une période proche de jours s'ajoute aux composants déjà connus du mouvement des pôles de la Terre. Trouver ces effets est un défi qui se situe à la limite des capacités de l'astronomie moderne. Mais ça valait la peine d'essayer. Une telle tentative a été faite par des astronomes ukrainiens. Cela s'est avéré être un succès. En particulier, N.A.Popov a réussi à détecter dans des observations à long terme de deux étoiles zénithales à Poltava, de faibles fluctuations de latitude avec une période prédite par la théorie de M.S. Modensky. Ainsi, de nouveaux arguments ont été obtenus en faveur de l'hypothèse du noyau liquide de la Terre. Nous pouvons maintenant dire que la Terre dans son ensemble semble être plus solide qu'une bille d'acier creuse avec une coquille d'environ 3 000 km d'épaisseur. Cependant, ce qui suit peut être opposé à une telle évaluation. Toutes nos conclusions ont été tirées de l'étude des déformations très faibles. Pouvons-nous les utiliser si nous devons calculer les actions de forces qui provoquent des déformations beaucoup plus importantes et même menacent l'intégrité de notre planète? Apparemment, c'est impossible sans des ajustements importants.Mais existe-t-il une menace d'émergence de forces si puissantes que de tels calculs deviendront nécessaires? Cela ne se produira-t-il pas, par exemple, parce que le régime de rotation de notre planète sera considérablement perturbé? Les raisons naturelles à cela sont difficiles à trouver. Cependant, avec le temps, les gens ne pourront-ils pas changer la rotation de la Terre à leur propre discrétion? Ce n'est pas la première fois que cette question est posée.
Cependant, l'affaire n'a abouti à rien. Il s'est avéré que dans leurs calculs, les ingénieurs de la Compagnie de l'Arctique ont commis une grave erreur: ils n'ont pas pris en compte le fait que la Terre n'est pas une boule, mais a une masse supplémentaire dans la ceinture équatoriale. Compte tenu de cette masse, un ingénieur français a fait de nouveaux calculs et a montré que sous l'action du tir projeté, les pôles de la Terre se déplaceraient à sa surface de seulement 3 microns. Curieux que cette histoire, racontée dans le livre "Rotation de la Terre" Les géophysiciens américains Munk et MacDonald, ont une suite moderne. Dans. Lors des élections présidentielles de 1956, la sénatrice Estes Kefauver, candidate au poste de vice-président, a déclaré qu'à la suite des essais de bombes à hydrogène, l'axe de la Terre pouvait être dévié de 10 °. Cependant, des calculs précis montrent le contraire. L'énergie dégagée par l'explosion d'une bombe à hydrogène de moyenne puissance serait suffisante pour donner à un projectile d'un million de tonnes une vitesse de 11 kilomètres par seconde. Mais le recul d'un canon qui aurait tiré un tel coup aurait déplacé le pôle terrestre d'un micron seulement. «Et 70 ans après Jules Verne,- notez les auteurs, - les membres du gouvernement de Washington refusent toujours de reconnaître l'existence et la signification de l'excès équatorial des masses "... Par conséquent, même les moyens super puissants que les gens possèdent actuellement sont insuffisants pour avoir un effet appréciable sur la rotation de la Terre. Ainsi, notre planète est suffisamment solide et durable pour résister à des forces agissant périodiquement ou pendant une courte période: elles ne la déforment que subtilement. Mais l'effet peut être différent si les forces agissent dans la même direction pendant des millions d'années. Probablement, par rapport à de telles forces, la Terre ne se comporte pas comme un corps idéalement élastique, mais comme un corps en plastique qui change de forme, bien que lentement, mais de manière significative. Nous arrivons ici aux questions de l'évolution de la Terre et du rôle que les processus internes y jouent. Ils créent des tensions dans le corps terrestre, dépassant parfois sa force ultime. Il est possible qu'à la fois les déformations marémotrices de la Terre et même de légères perturbations dans la constance de sa rotation jouent parfois le rôle de "déclencheur", c'est-à-dire ce dernier choc qui provoque des ruptures et des déplacements de la croûte terrestre et du manteau. Ces derniers phénomènes, à leur tour, peuvent influencer la rotation de la Terre, et les géophysiciens et les astronomes recherchent maintenant activement les manifestations de cette influence. E. Fedorov Publications similaires |
"Oh, si cela aussi, un corps trop lourd fondait, se dissolvait, devenait rosée!" Le célèbre géophysicien anglais Harold Jeffries a pris ces mots de Hamlet comme une épigraphe à l'un des chapitres de son livre "Terre".
Pour tester des hypothèses sur les propriétés du noyau, il est naturel de se tourner vers l'expérience. Mais de quel genre d'expérience pouvons-nous parler lorsque nous avons affaire à un corps de la taille de la Terre? En effet, afin de tester la résistance de tout produit, un échantillon de ce produit est placé dans une machine spéciale, étiré dedans, tordu ou compressé. Dans ce cas, les forces appliquées et la déformation de l'échantillon sont enregistrées simultanément. Mais nous n'avons pas la possibilité, à notre discrétion, d'appliquer des forces suffisantes à la Terre pour changer sa forme même légèrement. Nous devons nous contenter de ce que la nature elle-même donne.
Si l'axe de rotation de la Terre est perpendiculaire au plan de l'anneau, c'est-à-dire coïncide avec l'axe de symétrie du modèle, la force centrifuge n'affectera pas la rotation du modèle - elle ne fera qu'étirer l'anneau. Mais dès que l'axe de rotation s'écarte de l'axe de symétrie, l'action de la force centrifuge commence à se manifester comme l'action d'une paire de forces, qui, pour ainsi dire, cherche à réconcilier les axes mentionnés. Cependant, l'effet est quelque peu inattendu: l'axe de rotation ne coïncide pas avec l'axe de symétrie, mais commence à se déplacer autour de lui, décrivant une surface conique dans le corps de la Terre. Ce mouvement est appelé nutation libre, et sa période est plus courte, plus la masse de l'anneau est grande.
Son histoire commence par un roman de Jules Verne "De bas en haut"... Il raconte le projet de l'Arctic Industrial Company de faire pivoter l'axe de la terre à un angle de 23 °, en utilisant pour cela la poussée que le canon peut donner à la terre en raison du recul lorsqu'il est tiré. Selon les calculs des ingénieurs de la société susmentionnée, pour cela, vous devez tirer un obus pesant 180 000 tonnes avec le canon. Ce projet a suscité l'intérêt d'abord, puis l'anxiété et enfin la panique, car sa mise en œuvre entraînerait de nombreuses conséquences désastreuses.
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